JP2021195980A - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ライナ本体と口金との境界に補強層の樹脂が入り込むことを抑制可能としつつも生産性が良好である高圧タンクの製造方法を提供する。
【解決手段】口金１３を有するライナ本体１２に対して、口金の外周部とライナ本体との間隙を覆う樹脂シート１４を設置し、樹脂シートを加熱して口金及びライナ本体に溶着してライナを作製する工程、及び、ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し、含浸した樹脂を硬化させる工程、を含み、樹脂シートを構成する材料の軟化点は、含浸した樹脂の加熱によるライナの到達最高温度よりも高い、高圧タンクの製造方法。
【選択図】図１１
【解決手段】口金１３を有するライナ本体１２に対して、口金の外周部とライナ本体との間隙を覆う樹脂シート１４を設置し、樹脂シートを加熱して口金及びライナ本体に溶着してライナを作製する工程、及び、ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し、含浸した樹脂を硬化させる工程、を含み、樹脂シートを構成する材料の軟化点は、含浸した樹脂の加熱によるライナの到達最高温度よりも高い、高圧タンクの製造方法。
【選択図】図１１
Description
本開示は、樹脂が含浸された繊維層によって補強された高圧タンクに関する。
燃料電池車用高圧タンクは、当該高圧タンクの内部空間を形成するライナを有し、このライナに対してその外周に樹脂が含浸された繊維層が設けられることにより補強層が形成され、これにより高い強度を実現している。ここでライナは筒状のライナ本体と、ライナ本体の端部に配置された口金と、有して構成されるものがあり、例えばライナ本体が樹脂、口金が金属で形成されている。このようなライナにおいては、ライナ本体と口金との間に補強層の樹脂が入り込み不具合を生じる虞がある。これに対して例えば特許文献１乃至特許文献４が開示されている。
特許文献１には、ライナ本体と口金との境界になる部分を含むライナ外周に液状ガスケット（FIPG:Formed In Place Gasket)を塗布して硬化させる、又は、フィルムを貼り付けることが開示されている。
特許文献２には、ライナ本体と口金との境界になる部分を含むライナ外周部に接着剤でキャップを取り付けることが開示されている。
特許文献３には、ライナ本体と口金との境界になる隙間に挿入する突出片を備えるキャップを配置することが開示されている。
特許文献４には、ＦＩＰＧやＣＩＰＧ（Cured in Place Gasket）をライナ本体と口金との境界になる部分を含むライナ外周に塗布して硬化させることが開示されている。
従来の技術では、ライナ本体と口金との境界になる部分に補強層の樹脂が入り込むことを防止する手段を設けることについて効率の課題があり、高圧タンクの生産性を向上することが難しかった。
本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、ライナ本体と口金との境界に補強層の樹脂が入り込むことを抑制可能としつつも生産性が良好である高圧タンクの製造方法を提供することを主目的とする。
本願は、高圧タンクを製造する方法であって、口金を有するライナ本体に対して、口金の外周部とライナ本体との間隙を覆う樹脂シートを設置し、樹脂シートを加熱して口金及びライナ本体に溶着してライナを作製する工程、及び、ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し、含浸した樹脂を硬化させる工程、を含み、樹脂シートを構成する材料の軟化点は、含浸した樹脂の加熱によるライナの到達最高温度よりも高い、高圧タンクの製造方法を開示する。
ここで「ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し」は、予め樹脂が含浸した繊維をライナの外周に巻き付けること、及び、繊維をライナの外周に巻き付けた後に繊維に高圧で樹脂を浸透させることのいずれも含む。
ここで「ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し」は、予め樹脂が含浸した繊維をライナの外周に巻き付けること、及び、繊維をライナの外周に巻き付けた後に繊維に高圧で樹脂を浸透させることのいずれも含む。
口金は、円板状のフランジ部を有しており、樹脂シートはフランジの面の少なくとも一部を覆うように配置されるようにしてもよい。
樹脂シートがナイロン樹脂からなるようにしてもよい。
本開示によれば、樹脂シートの溶着により、ライナ本体と口金との境界に補強層の樹脂が入り込むことを抑制可能とすることができるとともに、良好な生産性を得ることができる。
１．高圧タンクの構造
図１には１つの形態にかかる高圧タンク１０の外観を模式的に表し、図２には高圧タンク１０の軸線に沿った断面を模式的に表した。また、図３には図２にＢで示した部分を拡大した図、図４には図１のＡ−Ａ矢視断面図を表した。
これらの図からわかるように、高圧タンク１０はライナ１１、及び、補強層１５を有している。以下に各構成について説明する。
図１には１つの形態にかかる高圧タンク１０の外観を模式的に表し、図２には高圧タンク１０の軸線に沿った断面を模式的に表した。また、図３には図２にＢで示した部分を拡大した図、図４には図１のＡ−Ａ矢視断面図を表した。
これらの図からわかるように、高圧タンク１０はライナ１１、及び、補強層１５を有している。以下に各構成について説明する。
＜ライナ＞
ライナ１１は、高圧タンク１０の内部空間を区画する中空の部材である。図５にはライナ１１の部分断面図（図５の上部は外表面、図５の下部は断面）を表した。また、図６はライナ１１の右側面図である。図１乃至図６からわかるように、本形態でライナ１１はライナ本体１２、口金１３、及び、樹脂シート１４を備えている。
ライナ１１は、高圧タンク１０の内部空間を区画する中空の部材である。図５にはライナ１１の部分断面図（図５の上部は外表面、図５の下部は断面）を表した。また、図６はライナ１１の右側面図である。図１乃至図６からわかるように、本形態でライナ１１はライナ本体１２、口金１３、及び、樹脂シート１４を備えている。
ライナ本体１２は筒状の部材であり、その内部空間に収容されたもの（例えば水素）を漏らすことなく保持する。より詳しくは、ライナ本体１２は筒の軸方向両端で径が狭められる端部１２ａが形成されている。またこの端部１２ａの中央部分で、筒状のライナ本体１２の軸線方向両端には口金１３が配置される開口１２ｂが形成されている。なお、この開口１２ｂには口金１３の凸部１３ｃを嵌め込むことができる形状とされている。
ライナ本体１２は、内部空間に収容されたものを漏らすことなく保持することができる材料で構成されていればよく、材料は公知のものを用いることができるが、例えばナイロン樹脂、ポリエチレン系の合成樹脂等の樹脂からなるものである。
ライナ本体１２の厚さは特に限定されることはないが、軽量化の観点から０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍ程度であることが好ましい。
ライナ本体１２は、内部空間に収容されたものを漏らすことなく保持することができる材料で構成されていればよく、材料は公知のものを用いることができるが、例えばナイロン樹脂、ポリエチレン系の合成樹脂等の樹脂からなるものである。
ライナ本体１２の厚さは特に限定されることはないが、軽量化の観点から０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍ程度であることが好ましい。
口金１３は、ライナ本体１２の端部１２ａに配置された金属製の部材であり、高圧タンク１０を製造する際のチャック部分とされたり、高圧タンク１０への収容物の充填及び高圧タンク１０からの収容物の取り出しの際の出入口を形成したりする。本形態で口金１３は、フランジ部１３ａ、口金本体１３ｂ、凸部１３ｃを有している。
フランジ部１３ａは円板状であり、本形態ではその外周縁は円形である。ただしこれに限らずその外周縁を鋸歯状のギザギザ（セレーション）で構成することもできる。これによれば、補強層のための繊維を巻き付けるときの加減速トルクを口金からライナ本体へと伝達することができる。
円板状のうちその一方側の板面１３ｄ（ライナ本体１２の端部１２ａに対向する面）は平坦であり、他方側の板面１３ｅ（ライナ本体１２の端部１２ａとは反対を向く面）はフランジ部１３ａの円板の中央に向けてフランジ部１３ａの板厚が厚くなるように構成されている。
口金本体１３ｂはフランジ部１３ａの板面１３ｅ側の中央に設けられた突出した部位である。
凸部１３ｃはフランジ部１３ａの板面１３ｄ側の中央に設けられた突出した部位である。
また、口金１３はフランジ部１３ａ、口金本体１３ｂ、及び、凸部１３ｃを通じるように穴１３ｆを有している。ただし、ライナ１１に具備される２つの口金１３のうち、一方の口金１３の穴１３ｆはフランジ部１３ａ、口金本体１３ｂ、及び、凸部１３ｃを貫通して口金１３を貫通している。これに対して他方の口金１３の穴１３ｆは凸部１３ｃを貫通することなく形成されている。
円板状のうちその一方側の板面１３ｄ（ライナ本体１２の端部１２ａに対向する面）は平坦であり、他方側の板面１３ｅ（ライナ本体１２の端部１２ａとは反対を向く面）はフランジ部１３ａの円板の中央に向けてフランジ部１３ａの板厚が厚くなるように構成されている。
口金本体１３ｂはフランジ部１３ａの板面１３ｅ側の中央に設けられた突出した部位である。
凸部１３ｃはフランジ部１３ａの板面１３ｄ側の中央に設けられた突出した部位である。
また、口金１３はフランジ部１３ａ、口金本体１３ｂ、及び、凸部１３ｃを通じるように穴１３ｆを有している。ただし、ライナ１１に具備される２つの口金１３のうち、一方の口金１３の穴１３ｆはフランジ部１３ａ、口金本体１３ｂ、及び、凸部１３ｃを貫通して口金１３を貫通している。これに対して他方の口金１３の穴１３ｆは凸部１３ｃを貫通することなく形成されている。
このような口金１３は、その凸部１３ｃが、ライナ本体１２の端部１２ａの開口１２ｂに挿入されて口金１３のライナ本体１２に対する位置決めがなされ、フランジ部１３ａの平坦である板面１３ｄがライナ本体１２の端部１２ａの平坦な外側端面に重ねられるように配置される。
これにより、穴１３ｆが口金１３を貫通している口金１３では、ライナ１１の内部と外部との連通を可能としている。この口金１３に対しては例えばバルブ等が取り付け可能とされており、ライナ本体１２に収容したものを取り出すことができる。一方、穴１３ｆが口金１３を貫通していない口金１３では、ライナ１１の内部と外部とが連通せず、ライナ本体１２に収容したものが漏れないように構成されている。
これにより、穴１３ｆが口金１３を貫通している口金１３では、ライナ１１の内部と外部との連通を可能としている。この口金１３に対しては例えばバルブ等が取り付け可能とされており、ライナ本体１２に収容したものを取り出すことができる。一方、穴１３ｆが口金１３を貫通していない口金１３では、ライナ１１の内部と外部とが連通せず、ライナ本体１２に収容したものが漏れないように構成されている。
樹脂シート１４は、樹脂により構成された円環シート状の部材である。樹脂シート１４を構成する材料は特に限定されることはないが、熱可塑性樹脂であることが好ましく、補強層１５を形成するために加熱したときに当該樹脂やライナ１１が達する最高温度よりも高い温度を軟化点とする樹脂であることが好ましい。これにより補強層を形成する際に加熱した時にも樹脂シート１４の肉厚の変化や、樹脂シート１４の一部が他の部分へ侵入する等の変形を抑制することができる。
ここで軟化点は、ＩＳＯ ３０６（ＪＩＳ Ｋ７２０６）Ｂ５０法により測定したビカット軟化温度（ＶＳＴ：Ｖｉｃａｔ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とする。
例えば補強層１５の樹脂を硬化する際に補強層１５及びライナ１１が達する最高温度を１６０℃とすれば、樹脂シートの軟化点をこれ以上とし、例えば６ナイロン（軟化点１８０℃）、６６ナイロン（軟化点２３０℃）、ポリエステル（軟化点２４０℃）を用いることができる。そのなかでも例えばこの樹脂シート１４とライナ本体１２との材料を同じ（ナイロン樹脂）とすれば、樹脂シート１４を配置したときにライナ本体１２と樹脂シート１４との密着性（溶接性）をより高めることが可能である。
ここで軟化点は、ＩＳＯ ３０６（ＪＩＳ Ｋ７２０６）Ｂ５０法により測定したビカット軟化温度（ＶＳＴ：Ｖｉｃａｔ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とする。
例えば補強層１５の樹脂を硬化する際に補強層１５及びライナ１１が達する最高温度を１６０℃とすれば、樹脂シートの軟化点をこれ以上とし、例えば６ナイロン（軟化点１８０℃）、６６ナイロン（軟化点２３０℃）、ポリエステル（軟化点２４０℃）を用いることができる。そのなかでも例えばこの樹脂シート１４とライナ本体１２との材料を同じ（ナイロン樹脂）とすれば、樹脂シート１４を配置したときにライナ本体１２と樹脂シート１４との密着性（溶接性）をより高めることが可能である。
樹脂シート１４の厚さは特に限定されることはないが、後述するように高圧タンクの製造の際に準備する樹脂シート（樹脂シート切り出しの工程Ｓ１１において準備する樹脂シート）の厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましいことから、高圧タンクを構成する部材として配置された後には若干の厚さの変化や、部位による厚さの違いもあることが想定されるが、口金１３の面１３ｅに配置された部位において、少なくとも０．０５ｍｍ以上の厚さを有していることが好ましい。
樹脂シート１４の環状である外周の大きさ及び内周の大きさについては次のように考えることができる。
ライナ本体１２と口金１３とを組み合わせた状態では、図３にＣで表したように、フランジ部１３ａの外周部とライナ本体１２との間に間隙Ｃが生じる。高圧タンク１０の作製中に補強層の流動性のある樹脂がこの間隙に入り込むことによる不具合を生じることがある。従って、樹脂シート１４は少なくともこの間隙Ｃを覆うようにその外周及び内周が設けられている。すなわち樹脂シート１４は間隙Ｃを覆いつつ、この間隙Ｃを覆う部分より外周側はライナ本体１２に溶接（樹脂シート１４とライナ本体１２とがその界面が明確でなくなるように互いに混ざり合っている接合状態）となり、間隙Ｃを覆う部分より内周側は口金１３の面１３ｅに対して接着（物理的なアンカー効果による接合状態）となっている。これにより、間隙Ｃが樹脂シート１４で覆われて間隙Ｃへの補強層の樹脂の侵入を抑制することができる。
ライナ本体１２と口金１３とを組み合わせた状態では、図３にＣで表したように、フランジ部１３ａの外周部とライナ本体１２との間に間隙Ｃが生じる。高圧タンク１０の作製中に補強層の流動性のある樹脂がこの間隙に入り込むことによる不具合を生じることがある。従って、樹脂シート１４は少なくともこの間隙Ｃを覆うようにその外周及び内周が設けられている。すなわち樹脂シート１４は間隙Ｃを覆いつつ、この間隙Ｃを覆う部分より外周側はライナ本体１２に溶接（樹脂シート１４とライナ本体１２とがその界面が明確でなくなるように互いに混ざり合っている接合状態）となり、間隙Ｃを覆う部分より内周側は口金１３の面１３ｅに対して接着（物理的なアンカー効果による接合状態）となっている。これにより、間隙Ｃが樹脂シート１４で覆われて間隙Ｃへの補強層の樹脂の侵入を抑制することができる。
また、樹脂シート１４が、口金１３のフランジ部１３ａの面１３ｅと補強層１５との間に配置されることにより、高圧タンクの作製時や高圧タンクの使用時において、特にライナ本体１２、補強層１５が膨張、収縮する状況のときに生じる異音発生を抑制することができる。
このような異音の発生は、ライナ本体１２、補強層１５が熱的又は物理的な影響により膨張、収縮すると口金１３の面１３ｅと繊維層１５との間で相対的に摺動が生じ、このときのスティックスリップによるものである。従来は例えば特許文献４に記載のように口金に潤滑剤を塗布して対策をしていた。
これに対して本開示によれば、樹脂シート１４を口金１３の面１３ｅと補強層１５との間に配置することで当該異音の発生を抑制することができる。これは、口金１３の面１３ｅと補強層１５との間に弾性的に変形可能な樹脂シート１４が配置されることで、スティックスリップが抑制されると考えられる。すなわち、本開示によれば、間隙Ｃへの補強層１５の樹脂の侵入を抑制するという課題に対する解決の他、異音発生を抑制する課題も併せて解決することができる。
異音発生の抑制効果をより顕著に発揮させる観点から、樹脂シート１４の内周側は口金本体１３ｂに近い位置にまで達していることが好ましい。具体的には、口金１３のフランジ部１３ａの面１３ｅの径方向の半分以上を覆うことが好ましく、フランジ部１３ａの面１３ｅの全部を覆うことがさらに好ましく、図３にＤで示したようにフランジ部１３ａの面１３ｅ及びフランジ部１３ａの面１３ｅと口金本体１３ｂとの接続部である入隅部分を覆うことが最も好ましい。
このような異音の発生は、ライナ本体１２、補強層１５が熱的又は物理的な影響により膨張、収縮すると口金１３の面１３ｅと繊維層１５との間で相対的に摺動が生じ、このときのスティックスリップによるものである。従来は例えば特許文献４に記載のように口金に潤滑剤を塗布して対策をしていた。
これに対して本開示によれば、樹脂シート１４を口金１３の面１３ｅと補強層１５との間に配置することで当該異音の発生を抑制することができる。これは、口金１３の面１３ｅと補強層１５との間に弾性的に変形可能な樹脂シート１４が配置されることで、スティックスリップが抑制されると考えられる。すなわち、本開示によれば、間隙Ｃへの補強層１５の樹脂の侵入を抑制するという課題に対する解決の他、異音発生を抑制する課題も併せて解決することができる。
異音発生の抑制効果をより顕著に発揮させる観点から、樹脂シート１４の内周側は口金本体１３ｂに近い位置にまで達していることが好ましい。具体的には、口金１３のフランジ部１３ａの面１３ｅの径方向の半分以上を覆うことが好ましく、フランジ部１３ａの面１３ｅの全部を覆うことがさらに好ましく、図３にＤで示したようにフランジ部１３ａの面１３ｅ及びフランジ部１３ａの面１３ｅと口金本体１３ｂとの接続部である入隅部分を覆うことが最も好ましい。
＜補強層＞
補強層１５は、繊維層及び繊維層に含浸され硬化した樹脂を有している。繊維層は、ライナ１１の外表面に繊維束が所定の厚さにまで何層にも亘って巻き付けられて構成されている。
補強層１５は、繊維層及び繊維層に含浸され硬化した樹脂を有している。繊維層は、ライナ１１の外表面に繊維束が所定の厚さにまで何層にも亘って巻き付けられて構成されている。
繊維層の繊維束には炭素繊維が用いられおり、繊維束は炭素繊維が束となって所定の断面形状（例えば長方形断面）を有する帯状である。具体的には特に限定されることはないが、断面形状が、幅６ｍｍ乃至９ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ乃至０．１５ｍｍ程度の長方形であることが挙げられる。繊維束に含まれる炭素繊維の量も特に限定されることはないが、例えば３６０００本程度の炭素繊維からなることが挙げられる。
このような炭素繊維による繊維束がライナ１１の外表面に巻き付けられていることで繊維層が形成されている。
このような炭素繊維による繊維束がライナ１１の外表面に巻き付けられていることで繊維層が形成されている。
補強層１５において繊維層に含浸して硬化した樹脂は、初めは流動性のある状態で繊維層に浸透し、その後、何らかの方法により硬化することで繊維層の強度を高めることができるものであれば特に限定されることはない。これには例えば熱により硬化する熱硬化樹脂を挙げることができ、例えばアミン系又は無水物系の硬化促進剤、及び、ゴム系の強化剤を含むエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等がある。その他、エポキシ樹脂を主剤としこれに硬化剤を混ぜることにより硬化する樹脂組成物、熱可塑性樹脂を挙げることができる。
＜その他＞
高圧タンクには、上記に加えて必要に応じて保護層を設けてもよい。保護層は補強層の外周に配置されており、ガラス繊維が巻かれ、ここに樹脂が含浸されてなる層である。含浸される樹脂は補強層と同様に考えることができる。これにより高圧タンクに対して耐衝撃性を付与することが可能である。保護層の厚さは特に限定されることはないが、１．０ｍｍ乃至１．５ｍｍ程度とすることができる。
高圧タンクには、上記に加えて必要に応じて保護層を設けてもよい。保護層は補強層の外周に配置されており、ガラス繊維が巻かれ、ここに樹脂が含浸されてなる層である。含浸される樹脂は補強層と同様に考えることができる。これにより高圧タンクに対して耐衝撃性を付与することが可能である。保護層の厚さは特に限定されることはないが、１．０ｍｍ乃至１．５ｍｍ程度とすることができる。
２．製造方法
図７には１つの形態にかかる高圧タンクの製造方法Ｓ１０の流れを示した。図７からわかるように、高圧タンクの製造方法Ｓ１０は、樹脂シート切り出しの工程Ｓ１１、樹脂シート成形の工程Ｓ１２、樹脂シート溶着の工程Ｓ１３、樹脂含浸繊維巻き付けの工程Ｓ１４、及び、樹脂含浸繊維硬化の工程Ｓ１５を含んでいる。以下各工程について説明する。
図７には１つの形態にかかる高圧タンクの製造方法Ｓ１０の流れを示した。図７からわかるように、高圧タンクの製造方法Ｓ１０は、樹脂シート切り出しの工程Ｓ１１、樹脂シート成形の工程Ｓ１２、樹脂シート溶着の工程Ｓ１３、樹脂含浸繊維巻き付けの工程Ｓ１４、及び、樹脂含浸繊維硬化の工程Ｓ１５を含んでいる。以下各工程について説明する。
＜樹脂シート切り出しの工程＞
樹脂シート切り出しの工程Ｓ１１（「工程Ｓ１１」と記載することがある。）では、樹脂シート１４を切り出して準備する。図８には切り出した樹脂シート１４の正面図（図８の左）、及び、部分断面図（図８の右）を表した。上記したように本形態では樹脂シート１４は円環状である。また、工程Ｓ１１で準備する樹脂シート１４はその表裏が平坦である。
樹脂シート切り出しの工程Ｓ１１（「工程Ｓ１１」と記載することがある。）では、樹脂シート１４を切り出して準備する。図８には切り出した樹脂シート１４の正面図（図８の左）、及び、部分断面図（図８の右）を表した。上記したように本形態では樹脂シート１４は円環状である。また、工程Ｓ１１で準備する樹脂シート１４はその表裏が平坦である。
工程Ｓ１１で準備する樹脂シート１４の厚さは特に限定されることはないが、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、その大きさは、上記したようにライナ本体１２と口金１３のフランジ部１３ａの外周部との間隙（図３の間隙Ｃ）を覆うように配置され、間隙Ｃを覆う部分より外周側がライナ本体１２、間隙Ｃを覆う部分より内周側がフランジ部１３ａの面１３ｅに重なる大きさであればよい。ただし、本形態では、上記説明したようにスティックスリップをより顕著に抑制する観点から、その内周は口金１３の口金本体１３ｂが通る最小限の大きさの穴が形成されている。
また、工程Ｓ１１で準備する樹脂シート１４の材料は上記した通りである。
また、工程Ｓ１１で準備する樹脂シート１４の材料は上記した通りである。
＜樹脂シート成形の工程＞
樹脂シート成形の工程Ｓ１２（「工程Ｓ１２」と記載することがある。）では、工程Ｓ１１で準備した樹脂シート１４を、当該樹脂シート１４を配置する部分に沿った形状となるように成形する。これにより、樹脂シート１４をより精度よく配置することができる。従って、工程Ｓ１２は必ずしも含める必要はなく、必要に応じて含めればよい。
樹脂シート成形の工程Ｓ１２（「工程Ｓ１２」と記載することがある。）では、工程Ｓ１１で準備した樹脂シート１４を、当該樹脂シート１４を配置する部分に沿った形状となるように成形する。これにより、樹脂シート１４をより精度よく配置することができる。従って、工程Ｓ１２は必ずしも含める必要はなく、必要に応じて含めればよい。
樹脂シート１４を成形する具体的な方法は特に限定されることはないが、１つの例を説明する図を図９、図１０に示した。本例では、樹脂シート１４を配置する部位に沿った形状の凸面２１ａを有する金型２１、及び、樹脂シート１４を配置する部位に沿った形状の凹面２２ａを有する金型２２を準備し、図９のように当該凸面２１ａと凹面２２ａとの間に工程Ｓ１１で準備した樹脂シート１４を配置して当該樹脂シート１４を凸面２１ａと凹面２２ａとの間に挟むように金型２１及び金型２２を樹脂シート１４に押し付ける。このとき、金型２１及び金型２２の少なくとも一方を加熱しておき、樹脂シート１４が軟化点以上の温度となるように加熱する。
これにより、図１０に示したように、金型２１及び金型２２を樹脂シート１４から離脱すれば、樹脂シート１４は配置すべき部位の形状に沿った凹凸面を有する樹脂シート１４に成形される。
これにより、図１０に示したように、金型２１及び金型２２を樹脂シート１４から離脱すれば、樹脂シート１４は配置すべき部位の形状に沿った凹凸面を有する樹脂シート１４に成形される。
＜樹脂シート溶着の工程＞
樹脂シート溶着の工程Ｓ１３（「工程Ｓ１３」と記載することがある。）では、工程Ｓ１２で成形した樹脂シート１４（工程Ｓ１２を含まない場合には工程Ｓ１１で準備した樹脂シート１４）を、口金１３が取り付けられたライナ本体１２に溶着する。
すなわち、樹脂シート１４を該樹脂シート１４を構成する材料の軟化点より高い温度に加熱して樹脂シート１４を口金１３が取り付けられたライナ本体１２に押し付けることにより溶着する。樹脂シート１４を配置する位置については上記した通りである。ここで「溶着」は、樹脂シート１４がライナ本体１２に重なる部分については溶接（樹脂シート１４とライナ本体１２とがその界面が明確でなくなるように互いに混ざり合っている接合状態）となり、樹脂シート１４が口金１３の面１３ｅに重なる部分については口金１３の面１３ｅに対して接着（物理的なアンカー効果による接合状態）となっている状態とすることを意味する。
これによりライナ１１が作製される。
樹脂シート溶着の工程Ｓ１３（「工程Ｓ１３」と記載することがある。）では、工程Ｓ１２で成形した樹脂シート１４（工程Ｓ１２を含まない場合には工程Ｓ１１で準備した樹脂シート１４）を、口金１３が取り付けられたライナ本体１２に溶着する。
すなわち、樹脂シート１４を該樹脂シート１４を構成する材料の軟化点より高い温度に加熱して樹脂シート１４を口金１３が取り付けられたライナ本体１２に押し付けることにより溶着する。樹脂シート１４を配置する位置については上記した通りである。ここで「溶着」は、樹脂シート１４がライナ本体１２に重なる部分については溶接（樹脂シート１４とライナ本体１２とがその界面が明確でなくなるように互いに混ざり合っている接合状態）となり、樹脂シート１４が口金１３の面１３ｅに重なる部分については口金１３の面１３ｅに対して接着（物理的なアンカー効果による接合状態）となっている状態とすることを意味する。
これによりライナ１１が作製される。
本例で具体的には図１１に示したように、口金１３を装着したライナ本体１２のうち樹脂シート１４を配置する部位と、上記した金型２２との間に樹脂シート１４を配置し、当該樹脂シート１４を、口金１３を装着したライナ本体１２と金型２２の凹面２２ａとの間に挟むようにして口金１３を装着したライナ本体１２に樹脂シート１４を押し付けて溶着する。このとき、金型２２を加熱しておき、樹脂シート１４が軟化点以上の温度となるようにしておく。
このように、本開示によれば、樹脂シート１４を溶着するのみで円滑に樹脂シート１４を適切な位置に配置することができ、効率よく高圧タンクを製造することができる。すなわち、ＦＩＰＧを用いたときに必要となる塗布装置の設備費用や乾燥炉の費用を抑えるとともにＦＩＰＧを硬化させるための時間を不要とし、短い時間でその加工を完了することができる。また、接着剤を用いる必要もないため、接着剤層の厚みや幅のばらつきによる補強層のための樹脂含浸繊維を巻き付けるときに繊維の張力によって樹脂シートを歪ませてシワの発生や位置ずれを生じる等の不具合も抑制することが可能である。
＜樹脂含浸繊維層形成の工程＞
樹脂含浸繊維層形成の工程Ｓ１４（「工程Ｓ１４」と記載することがある。）では、半硬化状態の樹脂が含浸された繊維束を工程Ｓ１３で準備したライナ１１の外周に巻き付ける。このような繊維束の巻き付け方法は特に限定されることはなく公知の方法によることができ、例えばフィラメントワインディング法を用いることができる。
本開示ではこれに限らず、樹脂が含浸されていない繊維束をライナ１１の外周に巻き付け、繊維束のみによる層を形成した後にこの繊維束のみによる層に対して高圧で樹脂を注入して繊維束に樹脂を含浸する方法を適用することもできる。
樹脂含浸繊維層形成の工程Ｓ１４（「工程Ｓ１４」と記載することがある。）では、半硬化状態の樹脂が含浸された繊維束を工程Ｓ１３で準備したライナ１１の外周に巻き付ける。このような繊維束の巻き付け方法は特に限定されることはなく公知の方法によることができ、例えばフィラメントワインディング法を用いることができる。
本開示ではこれに限らず、樹脂が含浸されていない繊維束をライナ１１の外周に巻き付け、繊維束のみによる層を形成した後にこの繊維束のみによる層に対して高圧で樹脂を注入して繊維束に樹脂を含浸する方法を適用することもできる。
＜樹脂含浸繊維硬化の工程＞
樹脂含浸繊維硬化の工程Ｓ１５（「工程Ｓ１５」と記載することがある。）では、工程Ｓ１４で形成した樹脂含浸繊維層に含浸された樹脂を硬化させる。当該硬化は例えば加熱炉による加熱が挙げられる。このときの加熱によるライナ１１及び樹脂含浸繊維の到達最高温度や加熱炉の最高到達温度を樹脂シート１４の軟化点よりも低いものとすれば、樹脂シート１４の変形を抑制することができるので好ましい。
なお、含浸された樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた場合には、加熱により軟化させて加工し、冷却により硬化するため、この加工温度（加工点温度）を樹脂シート１４の軟化点よりも低くすることが好ましい。
樹脂含浸繊維硬化の工程Ｓ１５（「工程Ｓ１５」と記載することがある。）では、工程Ｓ１４で形成した樹脂含浸繊維層に含浸された樹脂を硬化させる。当該硬化は例えば加熱炉による加熱が挙げられる。このときの加熱によるライナ１１及び樹脂含浸繊維の到達最高温度や加熱炉の最高到達温度を樹脂シート１４の軟化点よりも低いものとすれば、樹脂シート１４の変形を抑制することができるので好ましい。
なお、含浸された樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた場合には、加熱により軟化させて加工し、冷却により硬化するため、この加工温度（加工点温度）を樹脂シート１４の軟化点よりも低くすることが好ましい。
＜その他＞
本開示によれば上記のように、ライナ本体１２と口金１３のフランジ部１３ａの外周部との間隙（図３の間隙Ｃ）を樹脂シート１４により覆っているので、含浸された樹脂が当該間隙Ｃに侵入することがなく不具合の発生を抑制することができる。
これにより高圧タンクが作製される。
本開示によれば上記のように、ライナ本体１２と口金１３のフランジ部１３ａの外周部との間隙（図３の間隙Ｃ）を樹脂シート１４により覆っているので、含浸された樹脂が当該間隙Ｃに侵入することがなく不具合の発生を抑制することができる。
これにより高圧タンクが作製される。
１０ 高圧タンク
１１ ライナ
１２ ライナ本体
１３ 口金
１４ 樹脂シート
１５ 補強層
１１ ライナ
１２ ライナ本体
１３ 口金
１４ 樹脂シート
１５ 補強層
Claims (3)
- 高圧タンクを製造する方法であって、
口金を有するライナ本体に対して、前記口金の外周部と前記ライナ本体との間隙を覆う樹脂シートを設置し、前記樹脂シートを加熱して前記口金及び前記ライナ本体に溶着してライナを作製する工程、及び、
前記ライナの外周に樹脂が含浸した繊維層を形成し、前記含浸した樹脂を硬化させる工程、を含み、
前記樹脂シートを構成する材料の軟化点は、前記含浸した樹脂の加熱による前記ライナの到達最高温度よりも高い、
高圧タンクの製造方法。 - 前記口金は、円板状のフランジ部を有しており、
前記樹脂シートは前記フランジの面の少なくとも一部を覆うように配置されている請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。 - 前記樹脂シートがナイロン樹脂からなる、請求項１又は２に記載の高圧タンクの製造方法。
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